<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Satelliten-Positionsbestimmungssystem, bei dem durch Messung der Laufzeit von elektromagnetischen Wellen die Entfernungen zwischen einer Empfangsstation und mehreren Satelliten und damit die Position dieser Empfangsstation bestimmt werden, wobei durch zusätzliche Messung der Entfernungen zwischen den genannten Satelliten und vorgegebenen Positionierungsbasisstationen Korrekturwerte zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung ermittelt werden und für die Übertragung der Korrekturwerte von den Positionierungsbasisstationen zu den Empfangsstationen ein Mobilkommunikationsnetz vorgesehen ist
Satelliten-Positionsbestimmungssysteme der eingangs genannten Art, wie sie beispielsweise in . Rec.
IEEE Position Location and Navigation Symp., pp 9-16, 1980." beschrieben sind, werden aufgrund ihrer Vorzüge wie der Wetterunabhängigkeit, der hohen Verfügbarkeit und der erzielbaren hohen Genauigkeit in zunehmendem Masse für die unterschiedlichsten Aufgaben genutzt. Dazu gehören beispielsweise die Positionsbestimmung im Rahmen von Navigationssystemen für die Schiffahrt, Luftfahrt oder das Transportwesen zu Lande, oder auch der Einsatz für Vermessungsaufgaben. Sie basieren auf dem sogenannten Global Positioning System des Department of Defense der USA, weiches für die kostenlose zivile Nutzung freigegeben wurde, jedoch nur eine Positioniergenauigkeit von etwa 100 m erlaubt.
Das System besteht aus einer Anzahl von Satelliten (24 + Ersatzsatelliten), deren Umlaufbahnen dermassen angeordnet sind, dass an jedem Punkt der Erde zu jedem Zeitpunkt mindestens 6 Satelliten gleichzeitig sichtbar sind.
Zur Positionsbestimmung eines beliebigen Punktes auf der Erdoberfläche sendet jeder Satellit seine Kennung, seine momentane Bahnposition und den aktuellen Sendezeitpunkt aus
Können nun von einer Empfangsstation die Daten von mindestens 3 Satelliten empfangen werden, ist eine zweidimensionale Positionsermittlung - auf der Erdoberfläche - möglich, sind die Daten von zumindest 4 Satelliten verfügbar, kann eine dreidimensionale Positionsbestimmung durchgeführt werden.
Für manche Zwecke reicht die genannte Positioniergenauigkeit ( < 100m) nicht aus Es wurde daher ein Differenzkorrekturverfahren eingeführt, das eine Erhöhung der Positioniergenauigkeit bis auf wenige cm erlaubt Die Differenzkorrekturwerte werden dabei von fest installierten Positionierungsbasisstationen erzeugt, die ihre exakte Position kennen, mit der über die Satelliteninformation errechneten Position vergleichen und daraus Korrekturdaten ermitteln, die den Empfangsstationen auf herkömmlichen Kommunikationswegen (Langwelle, RDS-Signal im UKW) zur Verfügung gestellt werden.
Die mit diesen erweiterten Systemen erzielbare Genauigkeit ist in hohem Masse von der Anzahl der Positionierungsbasisstationen und den von diesen ermittelten Korrekturwerten abhängig. Es kann gesagt werden, dass die Genauigkeit einer Positionsbestimmung umso höher ist, je näher sich die betreffende Empfangsstation bei einer Positionierungsbasisstation befindet. Um die Genauigkeit für ein bestimmtes Gebiet zu erhöhen, müssen dort daher möglichst viele Positionierungsbasisstationen errichtet werden und Mittel zur Übertragung der Korrekturwerte von den Positionierungsbasisstationen zu der jeweiligen Empfangsstation vorgesehen werden, wobei insbesondere die Forderung nach einer zuverlässigen Übertragung der Korrekturwerte erhebliche Aufwände verursacht.
Aus der GB 2 264 837 A ist ein Satelliten-Positionsbestimmungssystem bekannt, bei dem die Übertragung der Korrekturwerte über ein Mobilfunknetz erfolgt, wobei die Verbindung zwischen Positionierungsbasisstation und Mobilfunknetzbasisstationen über Kontrolikanäle des Mobilfunknetzes erfolgt, die einem gewöhnlichen Nutzer" des Mobilfunkdienstes nicht zur Verfügung stehen. Damit kann das beschriebene System nur von einem Mobilfunknetzbetreiber aufgebaut und betrieben werden.
Die GB 2 283 873 A beschreibt ein Satelliten-Positionsbestimmungssystem, bei dem die Positionierungsbasisstation über ein Telefonnetz (Festnetz) an die Kommunikationsbasisstationen (DECT-Base Stations) angebunden sind. Damit besteht die Anforderung, dass am Ort Positionierungsbasisstation ein Festnetztelefonanschluss besteht, was den Einsatzbereich des beschriebenen Systems stark einschränkt.
Das gewählte DECT-System unterstützt überdies keine Interkommunikation zwischen Mobilstationen, sodass die Einschränkung auf das Festnetz bei diesem System nicht überwunden werden kann.
Die US 5, 317, 323 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit eines Satelliten
<Desc/Clms Page number 2>
- Positionsbestimmungssystemes, bei dem zur Erhöhung der Positioniergenauigkeit'Map-matching' erfolgt, d h. es wird versucht, ein aus Sensor- und GPS-Informationen ermitteltes Wegsegment mit gespeicherte, digitalen Kartenmaterial in Übereinstimmung zu bringen. Positionen können aus diesem Grund nur für spezielle Landschaftsbereiche (z. B. Strassenzüge) mit erhöhter Genauigkeit ermittelt werden.
Entsprechend dieser Funktionsweise sind nur mobile Positionsbestimmungsgeräte beispielsweise In Fahrzeugen und kein zugrundeliegendes Netz von Referenzbasisstationen vorgesehen
Die US 5, 365, 450 betrifft ein Satelliten -Positionsbestimmungssystem, bei dem ein zelluläre Mobilfunknetz dazu verwendet wird, Satelliten-Almanach-Daten zu übertragen.
Diese AlmanachDaten werden von einem GPS-Receiver in der Mobilstation zur Suche von Satelliten für eine Positionsbestimmung genutzt Eine Übertragung von Korrekturdaten ist nach dieser Schrift nicht vorgesehen
Nach der US 5, 422, 813 wird vorgeschlagen, bei einem Satelliten-Positionsbestimmungssystem zur Verbesserung der Positioniergenauigkeit die Variationen von Wellenlänge und Phase eines amplitudenmodulierten (AM) Signals (Radiosignales) sowohl durch mobilen Empfänger als auch durch eine AM- Referenzbasisstation, die via Mobilfunknetz'differentielle AM-Korrekturdaten'an den mobilen Empfänger überträgt zu messen. Die Anbindung der AM-und Positionierungsbasisstation dabei über ein Telefonfestnetz zu einer Mobilfunkzentrale.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System anzugeben, bei dem eine zuverlässige Übertragung der Korrekturwerte von den Positionierungsbasisstationen zu den Empfangsstationen erfolgt, und das die Nachteile der bekannten Systeme nicht aufweist.
Erfindungsgemäss geschieht dies mit einem Satelliten-Positionsbestimmungssystem der eingangs genannten Art, bei dem das Mobilkommunikationsnetz nach dem GSM-Standard aufgebaut ist, bei dem jede Positionierungsbasisstation zumindest ein herkömmliches Mobiltelefon, einen ersten Satellitenempfänger und eine erste Kontroll- und Steuerungseinheit umfasst, und bei dem jede Empfangsstation zumindest ein herkömmliches Mobiltelefon, einen zweiten Satellitenempfänger und eine zweite Kontroll-und Steuerungseinheit umfasst.
Der Einsatz eines herkömmlichen Mobilkommunikationsnetzes insbesondere nach dem GSMStandard erspart hohe Investitionen. Diese Netze zeichnen sich überdies durch hohe Übertragungszuverlässigkeit und ausgereifte Technologie aus. Der Einsatz von herkömmlichen Mobiltelefone zur Übertragung der Korrekturwerte ermöglicht die freie Positionierung der Positionierungsbasisstationen und hohe Flexibilität bei der Realisierung des Netzes insgesamt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Positionierungsbasisstationen und der Empfangsstationen werden durch die Ansprüche 2 bis 5 beschrieben.
Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft.
Fig. 1 die erdgebundenen Komponenten des erfindungsgemässen Systems
Fig. 2 den Aufbau einer Positionierungsbasisstation und
Fig. 3 den Aufbau einer Empfangsstation.
Das Satelliten-Positionsbestimmungssystem nach Fig. 1 umfasst Empfangsstationen DGPSR, Positionierungsbasisstationen DGPSB und ein Mobilkommunikationsnetz MKN nach dem GSMStandard, welches die für ein derartiges Netz typischen Komponenten wie Basestation BTS, Mobile Switching Center MSC, Basestation Controller BSC und eine Anbindung an das feste Telefonnetz FKN, GPSA enthält.
Die Positionierungsbasisstationen DGPSB sind in dem zu versorgenden Bereich gleichmässig in zellularer Form verteilt so angeordnet, dass der Abstand zur nächstliegenden Positionierungsbasisstation DGPSB für jeden beliebigen Punkt des Bereichs einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet, wobei dieser Maximalwert die minimale Positioniergenauigkeit bestimmt. Ihre Position wird exakt vermessen, sie bildet die Basis für die Ermittlung der Korrekturwerte zur Positionsbestimmung.
Der Aufbau der Positionierungsbasisstationen DGPSB wird anhand der Fig. 2 näher erläutert.
Er umfasst zumindest ein herkömmliches GSM-Mobiltelefon MT1,... MTn, einen ersten Satellitenempfänger DPGS-BT, sowie eine erste Kontroll- und Steuerungseinheit C1. Weiterhin sind ein Netzteil NT zur Stromversorgung aller Komponenten und ein Anschluss an ein Netzbetriebssystem TMN vorgesehen.
<Desc/Clms Page number 3>
Der erste Satellitenempfänger DPGS-BT ist eine Standardkomponente wie sie auch bei zum Stand der Technik gehörenden Satelliten-Positionsbestlmmungssystemen zu finden ist Seine Qualität bestimmt wesentlich die erreichbare Positioniergenauigkeit Er empfängt über eine separate Antenne die von den Satelliten abgestrahlte Information zur groben Positionsbestimmung (Genauigkeit etwa 100m) und ermittelt daraus und der bekannten exakten Position die Korrekturwerte, die über eine vorzugsweise serielle Datenverbindung im RTCM104 V2. 1 Format an die erste Kontroll- und Steuerungseinheit C1 abgegeben werden.
Dieser steuert die Funktion der ersten Satellitenempfängers DPGS-BT, speichert die ermittelten Korrekturwerte, kontrolliert den Verbindungsaufbau über die Mobiltelefone MT1,... Mtn, deren Datenkanatfunktionalität zur Übertragung der Korrekturwerte genutzt wird, und verwaltet den Anschluss an das Netzbetriebssystem TMN.
Die erste Kontroll- und Steuerungseinheit C1 bildet weiterhin eine drahtlose Service-PCSchnittstelle.
Die Empfangsstationen DGPSR, deren Aufbau anhand der Fig. 3 erläutert wird, umfassen jeweils ein herkömmliches Mobiltelefon, einen zweiten Satellitenempfänger DPGS-RCV, eine Anzeigeeinheit D, eine Eingabevorrichtung TF, eine zweite Kontroll- und Steuerungseinheit C2 und eine Chipkarten-Schreib/Lesevomchtung CK.
Die Mobilität der Empfangsstationen DGPSR wird durch eine netzunabhängige Stromversorgung AKKU gewährleistet.
Der zweite SatellitenempfÅanger DPGS-RCV, eine handelsübliche Komponente von herkömmlichen Satelliten-Positionsbestimmungssystemen erhält über seine Antenne die von den Satelliten ausgestrahlten Signale zur Positionsbestimmung und ermittelt daraus den Grobwert der Position (Genauigkeit < 100m). Mittels Korrekturwert, der über Mobiltelefon und zweite Kontroll- und Steuerungseinheit C2 erhalten wird, wird daraus der Feinwert der Position bestimmt.
Die Verbindung zwischen zweitem Satellitenempfanger DPGS-RCV und zweiter Kontroll- und Steuerungseinheit C2 über welche die Daten zur Funktionsteuerung und die Korrekturwerte ausgetauscht werden erfolgt über eine serielle Schnittstelle. Neben dem Datentransfer innerhalb der Empfangsstation DGPSR steuert die zweite Kontroll- und Steuerungseinheit C2 auch den Verbindungsaufbau über das Mobiltelefon und das Aktualisieren der Konfigurationsdaten der Empfangsstation DGPSR, welche in einem nichtflüchtigen Speicher MP abgelegt werden.
Für die Bedienung der Empfangsstation DGPSR sind Anzeigeeinheit D und Eingabevorrichtung TF vorgesehen. Über diese ist eine manuelle Auswahl der Positionierungsbasisstationen DGPSB und eine Betriebsartenkontrolle möglich
Eine Chipkarten-SchreibAesevorrichtung CK ermöglicht erweiterten Schutz der Empfangsstation DGPSR - neben den Sicherungsmöglichkeiten über die Eingabevorrichtung TF vor unbefugter Inbetriebnahme sowie verschiedene Abrechnungsprinzipien Über eine externe Datenschnittstelle können weiteren gespeicherte Positionsmesswerte an ein Datennetz oder ein Datenendgerät (PC) übertragen werden.
Die Funktion des Satelliten-Positionsbestimmungssystems ist wie folgt :
Um ihre Position genau bestimmen zu können, muss eine Empfangsstation DGPSR feststellen, für welche der Positionierungsbasisstationen DGPSB die Abstandsbedingung erfüllt ist. Dazu wird in einem ersten Schritt eine Grobpositionsbestimmung ohne Berücksichtigung der Korrekturwerte durchgeführt.
Danach wird diese Position mit den in einem reprogrammierbaren Festwertspeicher abgelegten Positionen der Positionierungsbasisstationen DGPSB verglichen und die am besten geeignete Positionierungsbasisstationen DGPSB ausgewählt Die Auswahl kann entweder automatisch oder durch den Benutzer erfolgen.
Von der ausgewählten Positionierungsbasisstationen DGPSB wird der Korekturwert abgerufen und zur Feinbestimmung der Position herangezogen.
Danach werden durch die zweite Kontroll- und Steuerungseinheit C2 die der gewählten Positionierungsbasisstation DGPSB zugeordneten GSM-Telefonnummern ermittelt, die als Konfigurationsdaten in den Empfangsstationen DGPSR gespeichert sind und der Verbindungsaufbau - ein Wahivorgang des Mobiltelefones- wird gestartet.
Wenn die Datenverbindung zur gewählten Positionierungsbasisstation DGPSB aufgebaut ist, fordert die Empfangsstation DGPSR innerhalb eines spezifischen Protokolls einen
<Desc/Clms Page number 4>
Korrekturwertesatz an, der daraufhin übertragen wird. Abhängig vom eingestellten Betriebsmodus in der Empfangsstation DGPSR können nun entweder beispielsweise periodisch Korrekturwerte übertragen werden oder die Verbindung wird nach dem Empfang eines einzelnen Korrekturwertes wieder unterbrochen.
Die Datenkanalfunktionalität des integrierten GSM-Mobiltelefons wird auch dazu verwendet, die Netzkonfigurationen der Positionierungsbasisstationen DGPSB in die Empfangsstationen DGPSR zu laden. Dies ist beispielsweise bei Änderungen wie der Vergabe neuer Telefonnummern oder bei Errichtung neuer Positionierungsbasisstationen DGPSB in einem bestimmten Gebiet notwendig.
Es ist darüberhinaus denkbar, nur Teile der gesamten Netzkonfiguration in den Empfangsstationen DGPSR zu speichern und diese Information je nach Position zu aktualisieren. Dies ist vor allem bei sehr grossen Netzwerken mit vielen Positionierungsbasisstationen DGPSB von Vorteil
Durch die Berücksichtigung der Korrekturwerte in der Empfangsstation DGPSR wird die Genauigkeit der Positionsbestimmung beträchtlich erhöht. Die absolut erreichbare Genauigkeit ist dabei im wesentlichen von der Qualität der verwendeten, herkömmlichen SatellitenPositionsbestimmungssystemen sowie von der Entfernung zur nächstliegenden Positionierungsbasisstation DGPSB abhängig.
Die Koordinaten der errechneten Position werden in Abhängigkeit von der gewählten Betriebsart entweder in einem nichtflüchtigen Speicher der Empfangsstation DGPSR abgelegt oder beispielsweise über eine externe Schnittstelle an einen Personalcomputer übertragen.
Nach der Erfassung mehrer Messpunkte im nichtflüchtigen Speicher der Empfangsstation DGPSR, kann die Datenkanalfunktionalität des integrierten GSM-Mobiltelefons zum Übertragen der Messwerte an eine Zentrale verwendet werden. In dieser Zentrale werden die Messwerte beispielsweise zur Auswertung in einem geographischen Informationssystem oder zur Überwachung der Position eines Einsatzfahrzeuges herangezogen
Zur Information des Bedienpersonals kann von der Zentrale auch Information an die Empfangsstationen DGPSR übertragen werden.
Neben der sofortigen Berücksichtigung ist eine nachträgliche Verwertung der Korrekturwerte (Post-Processing) etwa in der Weise denkbar, dass jede Positionierungsbasisstation DGPSB die ermittelten Korrekturwerte über einen bestimmten Zeitraum hinweg speichert, sodass auch nachträglich die Korrekturwerte eines bestimmten Zeitpunktes beispielsweise von einer Zentrale angefordert und zur Korrektur einer Grobpositionsbestimmung herangezogen werden können. In diesem Fall ist auf Grund der umfangreichen Datenmengen ein Datenkompressionsverfahren für die Korrekturwertdaten zweckmässig. Dieses Verfahren ist aber auch für die Übertragung der Korrekturwerte zu den Empfangsstationen DGPSR denkbar.
Es kann in manchen Anwendungsfällen erforderlich sein, die Korekturwerte vor missbräuchlichem Zugriff zu schützen. So weisen übliche Mobilkommunikationsnetze zwar einen verhältnismässig hohen inhärenten Zugriffsschutz auf, in besonders kritischen Fällen sind aber noch die folgenden zusätzlichen Schutzmassnahmen denkbar : - Spezifisches Protokoll bei Verbindungsaufbau und Übertragung der Korrekturinformation ; - Passwortschutz über Chipkarte bei Anforderung der Korrekturinformation ; - Zeitdauerlimitierte oder korrekturanzahllimitierte Passwortgültigkeit ; - Verschlüsselung der Korrekturinformation nach einem Public-Key-Verfahren ;
- Authentifizierung der Empfangsstation mit Rücküberprüfung in einer Zentrale
Wenn eine Verrechnung der Bereitstellung von Korrekturwerten gefordert ist, kann diese zeitdauerorientiert oder anzahlorientiert erfolgen. Im ersten Falle kann dazu die
EMI4.1
pro Zeiteinheit durch und liefert einen entsprechend vereinbarten Anteil an den Betreiber des Netzes der Positionierungsbasisstationen DGPSB ab.
Eine zusätzliche korrekturanzahlorientierte Verrechnung kann auf zwei Arten realisiert werden.
So kann für jeden in der Empfangsstation DGPSR empfangenen Korrekturwert über das Chipkarten-Schreib/lesegerät CK eine Abbuchung von einer Chipkarte erfolgen. Alternativ dazu kann bei jeder Anforderung an eine Positionierungsbasisstation DGPSB ein Zählimpuls an eine Verrechnungszentrale geleitet werden. Der Zählimpuls, der mit einer Kennung des Nutzers versehen ist, wird hierbei ebenfalls über die Datenkanalfunktionalität eines in der Positionierungs-
<Desc/Clms Page number 5>
basisstation DGPSB integrierten Mobiltelefons MT1,... MTn übertragen.
Zum Betrieb und zur Überwachung des Netzes der Positionierungsbasisstationen DGPSB ist die Anbindung derselben an ein Netzbetriebssystem TMN vorgesehen. Diese Anbindung erfolgt auf konventionelle Weise und erfordert daher eine unabhängige Datenverbindung zu jeder Positionierungsbasisstation DGPSB. Die Netzwerkstruktur der Datenverbindungen, die Steuerungs-und Überwachungsinformationen transportieren, orientiert sich an existierenden Netzen (z. B.. SISA-Netz).
Eine reduzierte überwachungs- und Steuerungsmöglichkeit, die auch für ansonsten nicht in ein Netz integrierte Positionierungsbasisstationen DGPSB anwendbar ist, bietet die Verwendung eines 'drahtlosen'Service-Personal Computers, der eine Datenverbindung über GSM-Datenkanäle zu der zu steuernden bzw. überprüfenden Positionierungsbasisstation DGPSB aufbaut und die Möglichkeit des Abrufs von Betriebszuständen sowie eine Konfiguration aus der Feme erlaubt.
Wie bereits ausgeführt, basiert das gegenständliche Satelliten-Positionsbestimmungssystem auf dem sogenannten Global Positioning System des Department of Defense der USA. In gleicher Weise ist jedoch auch der Einsatz eines anderen Satelliten - Basissystems wie des Systems GLONASS der USSR oder gegebenenfalls eines äquivalenten europäischen Systems möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Satelliten-Positionsbestimmungssystem, bei dem durch Messung der Laufzeit von elek- tromagnetischen Wellen die Entfernungen zwischen einer Empfangsstation und mehreren
Satelliten und damit die Position dieser Empfangsstation bestimmt werden, wobei durch zusätzliche Messung der Entfernungen zwischen den genannten Satelliten und vorgegebenen Positionierungsbasisstationen Korrekturwerte zur Erhöhung der
Genauigkeit der Positionsbestimmung ermittelt werden, und für die Übertragung der
Korrekturwerte von den Positionierungsbasisstationen zu den Empfangsstationen ein
Mobilkommunikationsnetz (MKN) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das
Mobilkommunikationsnetz (MKN) nach dem GSM-Standard aufgebaut ist, dass jede
Positionierungsbasisstation (DGPSB) zumindest ein herkömmliches Mobiltelefon (MT1,...
MTn), einen ersten Satellitenempfänger (DPGS-BT) und eine erste Kontroll- und
Steuerungseinheit (C1) umfasst, und dass jede Empfangsstation (DGPSR) zumindest ein herkömmliches Mobiltelefon, einen zweiten Satellitenempfänger (DPGS-RCV) und eine zweite Kontroll- und Steuerungseinheit (C2) umfasst.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a satellite position determination system in which the distances between a receiving station and several satellites and thus the position of this receiving station are determined by measuring the propagation time of electromagnetic waves, correction values for increasing being obtained by additionally measuring the distances between the said satellites and predetermined positioning base stations the accuracy of the position determination are determined and a mobile communication network is provided for the transmission of the correction values from the positioning base stations to the receiving stations
Satellite positioning systems of the type mentioned at the outset, as described, for example, in. Rec.
IEEE Position Location and Navigation Symp., Pp 9-16, 1980. "are used to an increasing extent for a wide variety of tasks due to their advantages such as weather independence, high availability and achievable high accuracy. These include, for example, position determination in the Framework of navigation systems for shipping, aviation or land transport, or also for use in surveying tasks.They are based on the so-called Global Positioning System of the Department of Defense of the USA, which has been released for free civil use, but only a positioning accuracy of allowed about 100 m.
The system consists of a number of satellites (24 + replacement satellites) whose orbits are arranged in such a way that at least 6 satellites are visible at any time at any point on the earth.
To determine the position of any point on the earth's surface, each satellite sends out its identifier, its current orbit position and the current time of transmission
If the data from at least 3 satellites can now be received by a receiving station, a two-dimensional position determination - on the surface of the earth - is possible; if the data from at least 4 satellites are available, a three-dimensional position determination can be carried out.
The positioning accuracy mentioned (<100m) is not sufficient for some purposes.Therefore, a differential correction method was introduced which allows the positioning accuracy to be increased to a few cm.The difference correction values are generated by permanently installed positioning base stations that know their exact position with which the Compare the calculated satellite position and use it to determine correction data that are made available to the receiving stations via conventional communication channels (long wave, RDS signal in the FM).
The accuracy that can be achieved with these expanded systems depends to a large extent on the number of positioning base stations and the correction values determined by them. It can be said that the closer the receiving station in question is to a positioning base station, the higher the accuracy of a position determination. In order to increase the accuracy for a specific area, as many positioning base stations as possible must be established there and means for transmitting the correction values from the positioning base stations to the respective receiving station must be provided, the requirement for a reliable transmission of the correction values in particular causing considerable effort.
From GB 2 264 837 A a satellite position determination system is known in which the correction values are transmitted via a mobile radio network, the connection between the positioning base station and the mobile radio network base stations taking place via control channels of the mobile radio network which are not available to an ordinary user of "the mobile radio service. The system described can thus only be set up and operated by a mobile radio network operator.
GB 2 283 873 A describes a satellite positioning system in which the positioning base station is connected to the communication base stations (DECT base stations) via a telephone network (fixed network). There is therefore a requirement that there be a landline telephone connection at the positioning base station, which severely limits the area of application of the system described.
The selected DECT system also does not support inter-communication between mobile stations, so that the restriction to the fixed network cannot be overcome with this system.
US 5, 317, 323 describes a method for improving the accuracy of a satellite
<Desc / Clms Page number 2>
- Position determination system in which 'map matching' is carried out to increase the positioning accuracy, i.e. an attempt is made to match a path segment determined from sensor and GPS information with stored digital map material. For this reason, positions can only be determined with increased accuracy for special landscape areas (e.g. streets).
According to this mode of operation, only mobile position determining devices are provided, for example in vehicles and no underlying network of reference base stations
US 5, 365, 450 relates to a satellite positioning system in which a cellular mobile radio network is used to transmit satellite almanac data.
This almanac data is used by a GPS receiver in the mobile station to search for satellites for determining the position. According to this document, transmission of correction data is not provided
According to US 5, 422, 813 it is proposed, in a satellite positioning system to improve the positioning accuracy, the variations in wavelength and phase of an amplitude-modulated (AM) signal (radio signal) both by a mobile receiver and by an AM reference base station, via the mobile radio network transmit 'differential AM correction data' to the mobile receiver. The connection of the AM and positioning base station via a fixed telephone network to a mobile radio center.
The invention is based on the object of specifying a system in which the correction values are reliably transmitted from the positioning base stations to the receiving stations and which does not have the disadvantages of the known systems.
According to the invention, this is done with a satellite positioning system of the type mentioned at the beginning, in which the mobile communication network is constructed in accordance with the GSM standard, in which each positioning base station comprises at least one conventional mobile telephone, a first satellite receiver and a first control and control unit, and in which each Receiving station comprises at least one conventional mobile phone, a second satellite receiver and a second control and control unit.
The use of a conventional mobile communication network, especially according to the GSM standard, saves high investments. These networks are also characterized by high transmission reliability and sophisticated technology. The use of conventional mobile phones for the transmission of the correction values enables the free positioning of the positioning base stations and high flexibility in the implementation of the network as a whole.
Advantageous refinements of the positioning base stations and the receiving stations are described by claims 2 to 5.
The invention is explained in more detail with reference to figures. It shows exemplary.
1 shows the ground-based components of the system according to the invention
Fig. 2 shows the structure of a positioning base station and
Fig. 3 shows the structure of a receiving station.
1 comprises receiving stations DGPSR, positioning base stations DGPSB and a mobile communication network MKN according to the GSM standard, which contains the components typical of such a network, such as base station BTS, mobile switching center MSC, base station controller BSC and a connection to the fixed telephone network FKN , Contains GPSA.
The positioning base stations DGPSB are evenly distributed in cellular form in the area to be supplied so that the distance to the nearest positioning base station DGPSB does not exceed a predetermined maximum value for any point in the area, this maximum value determining the minimum positioning accuracy. Your position is measured precisely, it forms the basis for determining the correction values for position determination.
The structure of the positioning base stations DGPSB is explained in more detail with reference to FIG. 2.
It comprises at least one conventional GSM mobile phone MT1,... MTn, a first satellite receiver DPGS-BT, and a first control and control unit C1. Furthermore, a power supply unit NT for the power supply of all components and a connection to a network operating system TMN are provided.
<Desc / Clms Page number 3>
The first satellite receiver DPGS-BT is a standard component as it can also be found in state-of-the-art satellite positioning systems.Its quality essentially determines the achievable positioning accuracy.It receives the information emitted by the satellites for rough position determination (accuracy about 100m ) and uses this and the known exact position to determine the correction values which are transmitted via a preferably serial data connection in the RTCM104 V2. 1 format to be sent to the first control and control unit C1.
This controls the function of the first satellite receiver DPGS-BT, saves the determined correction values, controls the establishment of the connection via the mobile phones MT1, ... Mtn, whose data channel functionality is used to transmit the correction values, and manages the connection to the network operating system TMN.
The first control and control unit C1 also forms a wireless service PC interface.
The receiving stations DGPSR, the structure of which is explained with reference to FIG. 3, each comprise a conventional mobile telephone, a second satellite receiver DPGS-RCV, a display unit D, an input device TF, a second control and control unit C2 and a chip card read / write device CK .
The mobility of the DGPSR receiving stations is guaranteed by a mains-independent AKKU power supply.
The second satellite receiver DPGS-RCV, a commercially available component of conventional satellite positioning systems, receives the signals emitted by the satellites for determining the position via its antenna and uses this to determine the gross value of the position (accuracy <100m). The fine value of the position is determined from this by means of a correction value, which is obtained via the mobile telephone and the second control and control unit C2.
The connection between the second DPGS-RCV satellite receiver and the second control and control unit C2, via which the data for function control and the correction values are exchanged, takes place via a serial interface. In addition to the data transfer within the receiving station DGPSR, the second control and control unit C2 also controls the establishment of the connection via the mobile phone and the updating of the configuration data of the receiving station DGPSR, which are stored in a non-volatile memory MP.
Display unit D and input device TF are provided for operating the receiving station DGPSR. This enables manual selection of the DGPSB positioning base stations and operating mode control
A chip card write / read device CK enables extended protection of the receiving station DGPSR - in addition to the security options via the input device TF against unauthorized commissioning and various accounting principles. Via an external data interface, further stored position measurement values can be transmitted to a data network or a data terminal (PC).
The function of the satellite positioning system is as follows:
In order to be able to determine its position precisely, a receiving station DGPSR must determine for which of the positioning base stations DGPSB the distance condition is fulfilled. In a first step, a rough position determination is carried out without taking the correction values into account.
This position is then compared with the positions of the positioning base stations DGPSB stored in a reprogrammable read-only memory and the most suitable positioning base stations DGPSB are selected. The selection can be made either automatically or by the user.
The structural value is retrieved from the selected positioning base station DGPSB and used to fine-tune the position.
The second control and control unit C2 then determines the GSM telephone numbers assigned to the selected positioning base station DGPSB, which are stored as configuration data in the receiving stations DGPSR, and the establishment of the connection - a dialing process of the mobile telephone - is started.
When the data connection to the selected positioning base station DGPSB is established, the receiving station DGPSR requests a within a specific protocol
<Desc / Clms Page number 4>
Correction value set, which is then transferred. Depending on the operating mode set in the receiving station DGPSR, correction values can now be transmitted periodically, for example, or the connection is interrupted again after receipt of a single correction value.
The data channel functionality of the integrated GSM mobile phone is also used to load the network configurations of the positioning base stations DGPSB into the receiving stations DGPSR. This is necessary, for example, for changes such as the assignment of new telephone numbers or the establishment of new positioning base stations DGPSB in a certain area.
It is also conceivable to save only parts of the entire network configuration in the DGPSR receiving stations and to update this information depending on the position. This is particularly advantageous for very large networks with many DGPSB positioning base stations
By taking the correction values into account in the receiving station DGPSR, the accuracy of the position determination is considerably increased. The absolutely achievable accuracy is essentially dependent on the quality of the conventional satellite positioning systems used and on the distance to the closest positioning base station DGPSB.
Depending on the selected operating mode, the coordinates of the calculated position are either stored in a non-volatile memory of the receiving station DGPSR or, for example, transmitted to a personal computer via an external interface.
After several measuring points have been recorded in the non-volatile memory of the DGPSR receiving station, the data channel functionality of the integrated GSM mobile phone can be used to transmit the measured values to a control center. In this center, the measured values are used, for example, for evaluation in a geographical information system or for monitoring the position of an emergency vehicle
To inform the operating personnel, the control center can also transmit information to the receiving stations DGPSR.
In addition to immediate consideration, post-processing of the correction values (post-processing) is conceivable in such a way that each positioning base station DGPSB stores the determined correction values over a certain period of time, so that the correction values of a specific point in time can also be requested and sent, for example, by a control center Correction of a rough position determination can be used. In this case, due to the large amount of data, a data compression method for the correction value data is appropriate. This method is also conceivable for the transmission of the correction values to the DGPSR receiving stations.
In some applications, it may be necessary to protect the structural values against misuse. For example, conventional mobile communication networks have a relatively high level of inherent access protection, but in particularly critical cases the following additional protective measures are also conceivable: - Specific protocol when establishing a connection and transmitting the correction information; - Password protection via chip card when requesting the correction information; - Password validity limited in time or number of corrections; - Encryption of the correction information using a public key procedure;
- Authentication of the receiving station with rechecking in a central office
If it is necessary to offset the provision of correction values, this can be time-based or number-based. In the first case, the
EMI4.1
per unit of time and delivers a correspondingly agreed share to the operator of the network of positioning base stations DGPSB.
Additional correction-number-based billing can be implemented in two ways.
For each correction value received in the receiving station DGPSR, a debit from a chip card can be carried out via the chip card read / write device CK. Alternatively, a counting pulse can be sent to a clearing center for each request to a positioning base station DGPSB. The counting pulse, which is provided with an identifier of the user, is also here via the data channel functionality of a position-
<Desc / Clms Page number 5>
base station DGPSB integrated mobile phone MT1, ... MTn transmitted.
For the operation and monitoring of the network of the positioning base stations DGPSB, the connection thereof to a network operating system TMN is provided. This connection takes place in a conventional manner and therefore requires an independent data connection to each positioning base station DGPSB. The network structure of the data connections, which carry control and monitoring information, is based on existing networks (e.g. SISA network).
A reduced monitoring and control option, which can also be used for DGPSB positioning base stations that are not otherwise integrated in a network, is offered by the use of a 'wireless' service personal computer which establishes a data connection via GSM data channels to the positioning base station DGPSB to be controlled or checked and the possibility of calling up operating states and configuration from a remote location.
As already stated, the subject satellite positioning system is based on the so-called Global Positioning System of the United States Department of Defense. In the same way, however, it is also possible to use another satellite base system such as the GLONASS system of the USSR or, if applicable, an equivalent European system.
PATENT CLAIMS:
1. Satellite positioning system, in which the distances between one receiving station and several by measuring the transit time of electromagnetic waves
Satellites and thus the position of this receiving station are determined, correction values for increasing the. By additional measurement of the distances between said satellites and predetermined positioning base stations
Positioning accuracy can be determined, and for the transmission of the
Correction values from the positioning base stations to the receiving stations
Mobile communication network (MKN) is provided, characterized in that the
Mobile communication network (MKN) is built according to the GSM standard that each
Positioning base station (DGPSB) at least one conventional mobile phone (MT1, ...
MTn), a first satellite receiver (DPGS-BT) and a first control and
Control unit (C1), and that each receiving station (DGPSR) comprises at least one conventional mobile phone, a second satellite receiver (DPGS-RCV) and a second control and control unit (C2).